Высокоточный ДНК-сенсор поможет правильно подбирать дозировки противоопухолевых препаратов
Ученые разработали высокоточный сенсор на основе оксида графена и полимерного красителя, позволяющий определять содержание антрациклиновых противоопухолевых препаратов в биологических образцах. Лекарства этого типа широко применяются для лечения рака крови, кожи и новообразований в соединительной ткани, однако вредят сердечно-сосудистой системе, из-за чего их дозировку нужно строго контролировать. Устройство позволяет обнаруживать даже минимальные концентрации препаратов в крови и моче, благодаря чему будет полезно для персонализированного подбора дозировок и уменьшения побочных эффектов от терапии. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biosensors.
Онкологические заболевания — одна из основных причин смертности людей во всем мире. Так, по статистике ВОЗ, в 2022 году злокачественные образования унесли жизни почти 10 миллионов человек. Для лечения различных типов этих болезней, включая рак крови и кожи, используют препараты антрациклинового ряда, которые нарушают деление раковых клеток и потому препятствуют прогрессированию заболевания.
Несмотря на эффективность, эти лекарства имеют серьезные побочные эффекты, в частности, они могут привести к сердечной недостаточности и другим нарушениям работы сердечно-сосудистой системы. Чтобы минимизировать риски для пациентов, врачи должны точно контролировать концентрацию антрациклиновых препаратов в организме, но существующие методы анализа – например, жидкостная хроматография – требуют дорогостоящего оборудования и длительной подготовки проб. Поэтому ученые ищут другие подходы.
Исследователи из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) разработали высокочувствительный ДНК-сенсор для определения содержания антрациклиновых противоопухолевых препаратов в биологических образцах.
За основу авторы взяли композитный материал, состоящий из восстановленного оксида графена и красителя полипрофлавина, способного взаимодействовать с ДНК. Такой материал синтезировали в растворителе, состоящем из лимонной кислоты, глюкозы и воды. Смесь относится к глубоким эвтектическим растворителям – экологически безопасным и нетоксичным растворителям, которые образуются за счет водородных связей между компонентами и имеют низкую температуру плавления.
Полученный материал авторы нанесли на электроды – элементы, проводящие ток, – а затем «закрепили» на них молекулы ДНК, которые были необходимы для связывания антрациклиновых препаратов.
Ученые протестировали сенсор, нанеся на поверхность электродов небольшие объемы растворов с заранее известным содержанием антрациклиновых препаратов. Кроме того, авторы проверили, как работает устройство в сложных биологических средах – в жидкости, имитирующей состав человеческой мочи, и в реальной моче.
При контакте ДНК с лекарством сигнал сенсора менялся, и ученые это фиксировали с помощью специального прибора. При этом, чем больше молекул препарата содержалось в анализируемом образце, тем сильнее было изменение сигнала.
Эксперименты показали, что устройство определяет антрациклиновые препараты в концентрациях, намного меньших, чем используемые в противораковой терапии. При этом сенсор сохранял работоспособность при анализе реальных образцов мочи, что говорит о возможности его применения в клинической практике.
«Разработанный нами сенсор прост в использовании и позволяет проводить анализ без сложного оборудования, что важно для медицинской диагностики. Он позволит врачам оперативно корректировать дозу противоопухолевых препаратов при лечении онкологических заболеваний и снизить риск осложнений. В дальнейшем мы планируем расширить ряд анализируемых препаратов и усовершенствовать подход к созданию модифицирующих материалов, чтобы сделать сенсоры более миниатюрными и чувствительными, а также изучить возможность их коммерческой реализации», – рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анна Порфирьева, кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической химии Казанского федерального университета.
Фото: Пресс-служба РНФ. Источник: Анна Порфирьева